年，SARA从被发现到确定是何种病原感染，历时5个月，在未查清病原体下，医护人员像是蒙着眼睛在打仗（SARA早期还被误认为是衣原体感染），“携带不明病毒感染人群”选题的新闻播报在电视机中出现长达4个月。17年后的今天，有了先前经验加上mNGS技术的应用，新冠仅在一周时间内完成病毒基因测定，清楚解释了病毒的来源、传播、变异演化等关键问题，为后续流行病调查指明方向。
借着新冠疫情需求的推动，年mNGS市场迎来快速发展，在过去的一年中，思路迪诊断、予果生物、杰毅生物、微远基因等多家分子诊断企业单笔融资金额过亿元，其中思路迪诊断第二轮独立融资高达10亿元。
不仅如此，二级市场NGS概念股也在上半年强势上涨，华大基因、金域医学股票迎来大涨，同时各企业感染产品线也频生新动态...这些密集的测序事件昭示着mNGS细分赛道已成为医疗行业热点，从科研服务阶段到多个感染相关领域发布mNGS技术的应用专家共识，宏基因组测序受到临床机构和资本市场的一众认可，未来mNGS市场认知迈入成熟期，产品将加快进入商业化阶段。
感染精准诊疗！mNGS市场“扶摇直上”
最近三十年，组学研究一直是热点，最早是基因组学，然后是蛋白质组学，如今新兴组学领域则是被认为最有前景的宏基因组学（Metagenomics）。
临床宏基因组学下一代测序（mNGS）是对患者样品中微生物和宿主遗传物质（DNA或RNA）的综合分析一种新兴的诊断技术，样本类型包括血浆、脑脊液、穿刺液、呼吸道样本等，该技术正在改变医生诊断和治疗的方式，广泛应用在感染疾病诊断、抗菌素耐药性研究、微生物组学、人类宿主基因表达（转录组学）和肿瘤学中。mNGS无需直接从临床标本中预先了解特定病原体，即可鉴定细菌，真菌，寄生虫和病毒并对其进行基因组表征。
简单说，宏基因组测序就是把一个部位的所有微生物的DNA或者RNA进行测序。而非以前需要分离出单一DNA或者RNA测序。能够得到更加完整的数据，将环境跟基因组功能相联系，在研究多种微生物之间的相互作用更为便利。
mNGS的检测流程可以大致分为5个步骤：核酸提取、文库构建、上机测序、生信分析与报告解读。对于不同的临床样本，核酸提取前需要进行不同的前处理，比如痰液液化、破壁、去宿主等以提高病原体检出率。文库构建的目的在于给未知序列的核酸片段两端加上已知序列信息的接头以便于测序，单样本文库构建完成后需要经历PCR扩增、再将多个文库样本混合后进行测序。测序完成后，数据会自动进入搭建好的病原体自动分析流程，该流程包括去除人源宿主序列和低质量序列、以及微生物数据库比对注释等步骤。最后，解读专家根据自动化系统产生的初步结果，再结合部分临床指标、样本类型、病原体种类等因素进行综合分析解读。
年新英格兰医学杂志报道了一个通过宏基因组辅助检测治愈了一位原因不明、反复发热、具有癫痫及脑积水症状的14岁男孩的案例，这是历史上首个宏基因组临床应用成功的案例。
该文章报道病患经过常规治疗及病原筛查都没有确诊原因，随后对脑脊液样本mNGS筛查，结合生物信息学分析结果发现一种可疑的致病菌leptospirainfection，随后针对性地使用万古霉素和头孢吡肟治疗后出院。该团队确认这是一种尚未报道过的病原微生物。由此，临床宏基因组正式应用于微生物诊断拉开了帷幕。
我国微生物检测技正在经历一个不断发展的过程。传统的微生物检测始于年，如革兰、Koch等发明的染色方法，此时的检测方法较为繁琐，效率较低，还容易造成主观错误。到年开始，自动化微生物检测技术开始盛行，人们开始进行细菌鉴定、细菌药敏试验等，检测的准确性和可靠性均有大幅度提高。到了19世纪80年代开始，质谱、基因测序等技术的兴起大大的提高了微生物检测的效率，以更低成本的方法学全面地筛查微生物，成为了我国微生物检测新的发展方向。
到目前为止，临床宏基因组学的应用包括各种综合征和样本类型的传染病诊断，疾病和健康状态下的微生物组分析，以及人类宿主对感染的转录组学反应及肿瘤相关病毒及其基因组整合位点的鉴定。除传染病诊断外，临床实验室采用mNGS技术的频率并不高，大多数应用还没有纳入常规临床实践。尽管如此，这些应用的广度和潜在临床实用性很可能在不久的将来改变诊断微生物学领域。
鉴别疑难杂症—传染病诊断新兴“利器”
mNGS技术临床主要应用在传染病检测、人类微生物组相关分析、RNA测序的转录组学分析、肿瘤学应用方面，以传染病检测居多。
临床传统传染病诊断技术以免疫测定和PCR检测为主。免疫检测主要是通过抗原和抗体相结合的特异性反应进行测定的诊断方法。
抗原检测是明确发病源的检测，而抗体检测则作为预防监测、健康评估的方法，两者相辅相成；免疫检测侧重对样本微量物质的检测，不需要进行分离培养，精度要求高，线性范围较窄；
而PCR检测在敏感性、特异性和检测时效上明显优于培养法，但因为该法基于已知病原菌的基因组序列，所能提供的信息有限（只能检测一种或有限的病原体），并不能解决临床诊断阳性率低的问题，很多时候只能排阴；质谱技术鉴定微生物是利用已知的菌种建立数据库，通过对待测样本进行检测，获得其蛋白质图谱，再将所得的质谱图与数据库中的微生物参考图谱进行比对，从而得到鉴定结果（值得注意的是，质谱技术鉴定微生物的前提要经过数天的培养，这一时间成本对于为危重症病人来说意味着绝望）。
对于感染疾病来说，检出率即可以视为诊断率。因为对于出现感染症状的患者来说，基本上可以给一个前提假设，即病人大概率是感染所致，考验的主要是检出率，一旦成功准确检出，针对性地用药大概率是可以解决问题的，这一点和肿瘤NGS差别较大，但现状是检出率还远远不够。
目前，mNGS主要技术手段/平台大多是围绕二代测序来展开的，二代测序技术优势在某种程度上可以解决上述提到传统感染疾病诊断方案的不足之处。
首先mNGS无需培养，直接进行试验测序分析，既节约了因培养而耗费的时间，还能避免培养失败的风险，理论上解决了这个问题。其次，mNGS技术解决了对于无法发现未知病原和广谱的问题，二代测序目前已经纳入的病原体有多种，其中包括余种细菌、余种病毒、余种真菌和种寄生虫，尤其为疑难危重症及罕见病原微生物感染的诊断提供了有效的技术手段。
早前，胡必杰团队开展了关于mNGS应用感染性疾病诊治的全国最大规模的样本研究，发现mNGS敏感性高于传统培养、在结核/真菌/病毒和厌氧菌诊断方面优势更明显、抗菌药物使用对mNGS的影响小于传统培养，根据检测结果可以调整抗菌药物的治疗方案。
研究发现mNGS对免疫抑制宿主感染的病原体诊断具有重要的参考价值，在病毒和细菌诊断方面mNGS阳性率高于传统方法3倍以上，同时mNGS比传统方法具有更高的阴性预测值。
mNGS是目前应对感染检测的最后防线，如果不明原因的感染通过其它所有技术手段都无法查明时，mNGS需要能够担当起能解决其它现有成熟的技术手段都无法解决的问题才能让其价值最大化。
“内因+外需”推动mNGS行业发展
根据IMS公司的数据，每年中国使用抗生素的住院患者达到1.16亿人，其中尚不包括接受抗真菌和抗病毒治疗的患者。在我国感染性疾病的发病率为-人/10万人，死亡人数为3.38人/10万人,占总死亡率的1.2%，农村的发病率高于城市。微生物送检量约万份，其中血培养约万例/年，肺泡灌洗液BALF约万例/年，脑脊液及其他体液约50万例/年。另外，随着肿瘤患者生存期显著增长，超过30%肿瘤患者死于复杂感染。基于以上数据，当检测价格降至0-0元区间，目标市场检测量保守估计为万份/年，约为亿人民币。
内因是病原体呈现多样化和复杂化的发展趋势是感染性疾病发病率和死亡率上升的主要原因之一。
一方面，新发感染性疾病不断出现，如：重症急性呼吸综合征、新型冠状病毒感染、新变异型克雅病、H7N9禽流感等。
另一方面，HIV、多重或广谱耐药的结核分枝杆菌、沙眼支原体等经典感染性疾病病原体又死灰复燃或出现新的致病特征，各种新发和再发的感染性疾病使得病原体呈现多样化和复杂化。因此，临床上对感染性疾病诊断的准确性和时效性也亟待提高。
年下旬，在华大基因感染分子诊断高峰论坛上，医院感染病科主任胡必杰指出，当前，中国的感染性疾病治疗仍然存在诸多短板，如病种单一、病源不足，病原学诊断滞后，细菌感染和抗菌药物应用能力不足等，导致了一些感染性疾病的进一步精准诊疗困难。度提升感染精准医学，进一步推广感染病宏基因组学病原检测的共识落地。
外需则是来自“限抗令”的带动。根据中国科协“抗生素类药滥用的公共安全问题研究调查”显示，医院住院患者抗生素应用率在70%以上，其中外科患者应用率达97%～%，门诊患者应用率也高达30%。
而WHO推荐的抗菌药物应用率为30%，欧美发达国家约为10.4%，发展中国家为41.7%。抗生素的滥用导致病原体的耐药性增强，为感染性疾病的治疗带来困难，因此准确检测是减少抗生素使用的必要手段。
从年的抗生素管控到相关微生物检验科室的逐步规范，再到年明确微生物检验优先普及妇幼，一系列政策的出台都体现出政府对抗生素管控领域和微生物检验领域的日渐重视。未来随着管控范围的逐步扩大（限制级、非限制级等），普及领域的拓展，新的需求和市场都将显现，政策将进一步助力微生物检验行业的发展。
毋庸置疑，mNGS技术在微生物组诊断工作中为决策者提供了关键信息，随着测序和生信处理能力的发展，mNGS技术还将带给我们更新颖更令人振奋的临床诊断结果。但目前，国内尚未出现任何一款mNGS测序产品获批，这意味着mNGS技术在市场空间、市场认知、市场门槛、支付意愿等方面仍有着较广的发展空间。
参考文献
1：中华检验医学杂志：《病原宏基因组测序在新型冠状病毒检测中的应用与挑战》
2:Clinicalmetagenomics
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